TWI650166B - 編程玩具組 - Google Patents

Abstract

一種編程玩具組，包括排列成一地圖的數地圖卡、數程式卡、可被控制地在該等程式卡上，及該等地圖卡上移動的一行動玩具，及安裝在該行動玩具的一控制單元。每一地圖卡具有連結一座標資訊的一辨識碼。每一程式卡具有連結一程式指令的一辨識碼。該控制單元包括讀取相對位置的辨識碼並輸出一編碼訊息的一光學傳感器、儲存連結該等編碼訊息之程式指令與座標資訊的一存儲器，及一處理器。該處理器根據該等程式卡的程式指令生成一程式，且根據該程式與該等地圖卡的座標資訊，控制該行動玩具依循該等地圖卡移動，及進行一連續動作。藉此，透過圖像化的程式卡設計，使兒童容易辨別指令意義，及配合該等地圖卡的情境規劃，與周遭環境進行互動，而增添學習樂趣。

Description

編程玩具組

本發明是有關於一種玩具組，特別是指一種用於教導編寫程式的編程玩具組。

參閱圖1，中國專利公開號第101020122號專利案所揭露之一種習知的滑卡式編程控制機體1，主要包含一玩具賽車11，及一滑卡12。該玩具賽車11包括一讀數頭111。該滑卡12包括能夠滑動的數編碼模塊121。藉此，只需依序排列該等編碼模塊121，就可以在該玩具賽車11的讀數頭111讀取依序通過的該等編碼模塊121後，依據該等編碼模塊121設定的程序運行或產生聲音、燈光，而能夠完全擺脫電腦以及平板電腦而獨立進行工作。

惟，由於該玩具賽車11只能在讀取該等編碼模塊121後，依據該等編碼模塊121的指令，獨自進行一連串的反應，因此，無法與周圍環境進行互動，且玩法有限，變化性不如預期。

參閱圖2，揭示一種習知的機械人玩具組2，主要包括為名為Kubo且能夠行動的一機械人21，及能以不同順序拚接的數程 式積木22。藉此，在該機械人21行走於每一程式積木22上時，能夠以無線射頻感應技術(RFID)，讀取每一程式積木22上的指令，而執行包括速度、方向、光線強弱、聲音等指令。

惟，由前述機械人21需設置RFID讀取器，程式積木22需設置RFID晶片，才能獲取指令，不但成本較高，且同樣只能依據該等程式積木22的指令，獨自進行反應，而無法與周圍環境進行互動。

因此，本發明的目的，即在提供一種能夠增添學習樂趣的編程玩具組。

於是，本發明編程玩具組，包含：一地圖卡單元、一程式卡單元、一行動玩具，及一控制單元。

該地圖卡單元包括排列成一地圖的數地圖卡，每一地圖卡具有一標示圖，及與該標示圖併存且用於連結至少一座標資訊的辨識碼。

該程式卡單元包括數程式卡，每一程式卡具有一指令圖，及與該指令圖併存且用於連結一程式指令的辨識碼。

該行動玩具可被控制地在該等程式卡上，及該等地圖卡上移動，該行動玩具包括一本體、樞設在該本體的二行動輪、設置 在該本體且用於產生動力的二行動馬達、傳遞該等行動馬達之動力至該等行動輪的二行動齒輪組、樞設在該本體的至少一互動齒輪、設置在該本體且用於產生驅動該互動齒輪之動力的至少一動作馬達、被該互動齒輪驅動且通過該互動齒輪傳遞該動作馬達之動力的一傳動齒輪組，及可卸離地與該本體組合的數積木，該傳動齒輪組用於驅動至少一積木。

該控制單元安裝在該行動玩具，並包括一光學傳感器、一存儲器，及電連接於該光學傳感器、該存儲器的一處理器，該光學傳感器用於在該行動玩具移動的過程中，讀取相對位置的辨識碼，並輸出一編碼訊息，該存儲器用於儲存連結該等編碼訊息的程式指令，及座標資訊，該處理器根據該等程式卡的程式指令生成一程式，且根據該程式與該等座標資訊，控制該行動玩具依循該等地圖卡移動，及進行一連續動作。

本發明之功效在於：透過圖像化的程式卡設計，使兒童容易辨別指令意義，及配合該等地圖卡的情境規劃，使該積木配合產生動作，而增添學習樂趣。

3‧‧‧地圖卡單元

31‧‧‧地圖卡

311‧‧‧標示圖

312‧‧‧側邊

313‧‧‧嵌塊

314‧‧‧嵌槽

4‧‧‧程式卡單元

41‧‧‧程式卡

411‧‧‧指令圖

412‧‧‧凸部

413‧‧‧凹部

5‧‧‧行動玩具

51‧‧‧本體

511‧‧‧本體部

512‧‧‧上座

513‧‧‧下座

52‧‧‧行動輪

53‧‧‧行動馬達

57‧‧‧傳動齒輪組

58‧‧‧積木

6‧‧‧控制單元

61‧‧‧光學傳感器

62‧‧‧存儲器

63‧‧‧程式鍵組

64‧‧‧行動鍵組

65‧‧‧揚聲器

66‧‧‧發光元件

67‧‧‧處理器

P‧‧‧座標資訊

C1‧‧‧動作指令

C2‧‧‧程式指令

M‧‧‧編碼訊息

S1‧‧‧觸發訊號

S2‧‧‧觸發訊號

O‧‧‧起點

A‧‧‧基地

54‧‧‧行動齒輪組

55‧‧‧互動齒輪

56‧‧‧動作馬達

B‧‧‧基地

C‧‧‧基地

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一張立體圖，說明中國專利公開號第101020122號專利案所揭露之一種習知的滑卡式編程控制機體；圖2是一張立體圖，說明一種習知的機械人玩具組；圖3是一張立體圖，說明本發明編程玩具組的一實施例；圖4是該實施例中一控制單元的一方塊圖；圖5是該實施例中數地圖卡的一張平面圖；圖6是該實施例中數程式卡的一張平面圖；圖7是該實施例中一行動玩具從俯視觀看的一張立體分解圖；圖8是該實施例中該行動玩具從仰視觀看的一張立體分解圖；圖9是一張平面圖，說明該實施例中該等地圖卡沿前、後、左、右方向任意拚接成一地圖；圖10是一張平面圖，說明該實施例中該等程式卡沿一直線方向排列且連接；圖11是類似於圖10的一張平面圖，說明該實施例中之該等程式卡的程式指令會因為前述地圖卡之動作指令而變化；圖12是該實施例中該等程式卡與對應之程式指令的一張語法表；及圖13~圖18是該實施例中該等地圖卡之變化。

參閱圖3、圖4，本發明編程玩具組的一實施例，包含一地圖卡單元3、一程式卡單元4、一行動玩具5，及一控制單元6。

參閱圖5，該地圖卡單元3包括數地圖卡31。在本實施例中，每一地圖卡31呈矩形，並具有一標示圖311、與該標示圖311併存的辨識碼、四側邊312，及形成在該等側邊312的四嵌塊313與四嵌槽314。同一側邊312上之每一嵌槽314與每一嵌塊313相隔一間距，且相鄰二地圖卡31分別以相對之嵌塊313與嵌槽314對合，藉此，使二張以上的地圖卡31能夠沿前、後、左、右方向任意排列且對合，而拚接成一地圖30。

值得說明的是，每一地圖卡31的辨識碼連結一座標資訊P，且部分地圖卡31的每一辨識碼還進一步連結一動作指令C1。

參閱圖6，該程式卡單元4包括沿一直線方向排列的數程式卡41。每一程式卡41具有一指令圖411、與該指令圖411併存且用於連結一程式指令C2的辨識碼、形成在一前端的一凸部412，及形成在一末端的一凹部413。且相鄰二程式卡41間還分別具有相互接合的一凸部412與一凹部413。

參閱圖5、圖6，值得說明的是，在本實施例中，前述地圖卡31或程式卡41的辨識碼(pattern)，分別是以點讀技術(Optical Identification，OID)，在印刷前述標示圖311或指令圖411時，以人眼幾乎不可見但可以由光學辨識的網點，隱藏在前述 標示圖311或指令圖411的網點中。由於前述點讀技術，非本發明申請的技術特徵，且本領域中具有通常知識者根據以上說明可以推知擴充細節，因此不多加說明。

另外，在本實施例中，前述座標資訊P採用絕對座標，主要是通過每一張地圖卡31上陣列分佈的網點，獲得每一網點的絕對座標。

參閱圖3、圖4及圖7、圖8，該行動玩具5包括一本體51、樞設在該本體51的二行動輪52、設置在該本體51且用於產生動力的二行動馬達53、傳遞該等行動馬達53之動力至該等行動輪52的二行動齒輪組54、樞設在該本體51的一互動齒輪55、設置在該本體51且用於產生驅動該互動齒輪55之動力的一動作馬達56、與該互動齒輪55同軸轉動且通過該互動齒輪55傳遞該動作馬達56之動力的一傳動齒輪組57，及可卸離地與該本體51組合的數積木58。該本體51包括一本體部511與該本體部511上、下對合的一上座512與一下座513。該等積木58可以是齒輪積木、或方塊積木、或造型積木。

在本實施例中，如圖所示的二個齒輪積木58與該傳動齒輪組57嚙合形成連動，藉此，該互動齒輪55用於通過該傳動齒輪組57驅動做為手臂的二積木58。且該行動玩具5配合該等積木58被造型成一機械人。

該控制單元6安裝在該行動玩具5的本體51，並包括一光學傳感器61、一存儲器62、一程式鍵組63、一行動鍵組64、用於播放聲音的一揚聲器65、用於產生亮光的一發光元件66，及電連接於該光學傳感器61、該存儲器62、該程式鍵組63、該行動鍵組64、該揚聲器65、該發光元件66的一處理器67。

該光學傳感器61具有穿出該本體51底部且朝下的一光學頭611，用於在該行動玩具5移動的過程中，讀取相對位置的辨識碼，並輸出一編碼訊息M。該光學傳感器61還能進一步判讀相對位置的顏色。

該存儲器62用於儲存連結該等編碼訊息M的動作指令C1、程式指令C2，及座標資訊P。

該程式鍵組63用於輸出一觸發訊號S1。

該行動鍵組64用於輸出一觸發訊號S2。

該處理器67根據該等程式卡41的程式指令C2生成一程式，且根據該程式與該等座標資訊P，控制該行動玩具5依循該等地圖卡31移動，及進行一連續動作，或根據該動作指令C2進一步控制該行動玩具5在對應之地圖卡31上進行一階段動作。前述程式可以根據難易程度，區分為主程式、副程式、迴路程式等。該處理器67還根據每一次的觸發訊號S1交替執行一第一程序與一第二程序，及根據該觸發訊號S2執行該程式，而控制該行動玩具5移動。 該第一程序包括驅動該行動玩具5沿直線移動、記錄該等程式指令C2，及生成該程式。該第二程序包括刪除該程式。

以下就本發明的其中一種遊戲玩法舉例並說明如下：

參閱圖4、圖9，及圖10，以控制該行動玩具5由該地圖30中做為起點O的地圖卡31，依序經過做為基地A之地圖卡31、做為基地B之地圖卡31，到達做為基地C之地圖卡31為例，兒童可以通過該等程式卡41上的指令圖411，依序排列出一主程式，並執行程式開始、前進一格、前進一格、左轉、前進一格並暫停1秒、右轉、右轉、前進一格、左轉、前進一格、前進一格、右轉、前進一格、前進一格、前進一格、使互動齒輪55向左旋轉3秒、左轉、左轉、前進一格、右轉、前進一格、前進一格、前進一格、使互動齒輪55向右旋轉3秒、程式結束等指令，進而規畫出該行動玩具5的移動路徑及動作。

藉此，只需將該行動玩具5放在排列在第一張程式卡41上，並觸發該程式鍵組63輸出該觸發訊號S1，該處理器67就會根據該觸發訊號S1執行該第一程序，而控制等行動馬達53驅動該等行動齒輪組54帶動該等行動輪52轉動，使該行動玩具5沿直線方向移動，及在移動過程中，通過該光學傳感器61讀取相對位置之每一程式卡41的辨識碼，記錄如圖10所示之該等程式卡41上之辨識碼所連結的程式指令C2，並生成能夠執行如圖10所示之程式指令C2 的主程式，至該光學傳感器61讀取到代表程式結束之程式卡41的辨識碼時，控制等行動馬達53停止驅動該等行動輪52。

然後，將該行動玩具5放置在該地圖30上，並觸發該行動鍵組64輸出該觸發訊號S2，該處理器67就會根據該觸發訊號S2，執行所記錄的主程式，而控制等行動馬達53驅動該等行動齒輪組54帶動該等行動輪52轉動，使該行動玩具5在該等地圖卡31上，前進2張地圖卡31的距離，然後，依據行進方向，控制左側之行動輪52反轉、右側之行動輪52正轉，使該行動玩具5在原地圖卡31上左轉90度後，再前進1張地圖卡31的距離，到達做為基地A的地圖卡31並暫停1秒，然後，控制右側之行動輪52反轉、左側之行動輪52正轉，使該行動玩具5右轉90度、再右轉90度、前進1張地圖卡31的距離、左轉90度、前進2張地圖卡31的距離、右轉90度、前進3張地圖卡31的距離，到達做為基地B的地圖卡31，然後，控制該動作馬達56驅動該互動齒輪55，使互動齒輪55向左旋轉3秒，再左轉90度、左轉90度、前進1張地圖卡31的距離、右轉90度、前進3張地圖卡31的距離，到達做為基地C的地圖卡31，最後，使互動齒輪55向右旋轉3秒，在完成一連串的連續動作後，結束主程式。

值得說明的是，在該行動玩具5於該等地圖卡31上移動的過程中，該處理器67會通過該光學傳感器61讀取相對位置之每一地圖卡31的辨識碼，而根據連結之座標資訊P，獲得該行動玩具 5相對於每一地圖卡31的座標位置，進而能夠控制該行動玩具5依循該等地圖卡31移動，而不會偏離該等地圖卡31。

參閱圖9、圖11，更進階的，本發明還可以通過某一地圖卡31之辨識碼所連結的動作指令C1，使該處理器67執行的程式指令C2因為前述地圖卡31之動作指令C1而變化。例如：想要在該行動玩具5依循該等地圖卡31移動的過程中，如果遇到有藍色星星或綠色星星或紅色星星之標示圖311的地圖卡31狀況時，就產生亮光或播放音樂，則同樣只需通過該等程式卡41依序排列出至少一副程式，進而輸入相關的程式指令C2，就可以在該行動玩具5移動到具有綠色星星之標示圖311的地圖卡31時，通過該光學傳感器61讀取相對位置之地圖卡31的辨識碼所連結的動作指令C1，使該處理器67執行如圖11所示的副程式，而驅動該揚聲器65播放聲音及卡通音樂3秒後，驅動該互動齒輪55向右旋轉5秒、再向左旋轉，然後驅動該發光元件66產生亮光，及使該互動齒輪55持續向左旋轉，並播放聲音一直到副程式結束。藉此，能夠在不影響該行動玩具5根據該主程式由該基地A經該基地B行進到該基地C，而進行一連串之連續動作的情形下，還會在相對位置之地圖卡31上，另外根據該副程式進行如產生亮光或播放聲音的階段動作。

當然，前述階段動作並不以此為限，也可以是驅動該互動齒輪55轉動等其它動作。例如：配合該等積木58之組合，使該 行動玩具5被設計成可以通過通過該傳動齒輪組57驅動做為手臂的二積木58，夾取設置在移動路徑上的一物件，或通過做為撥桿的積木58，撥動一球件，而產生射門的動作等等。由於本領域中具有通常知識者根據以上說明可以推知擴充細節，因此不多加說明。

參閱圖3、圖12、圖13~圖18，根據前述，本發明可以通過該等地圖卡31排列出不同的情境，及設計出不同的關卡，藉此，配合該等程式卡41對應之程式指令C2，及該等地圖卡31對應之動作指令C1，激發兒童的創意，及思考能力，使該行動玩具5能夠配合不同的情境，及關卡，進行多變且能夠與周遭環境進行互動的遊戲，並能夠在遊戲過程中，學習及熟悉寫程式的基本概念。

經由以上的說明，可將前述實施例的優點歸納如下：

本發明除了能夠透過圖像化的程式卡41設計，使兒童容易辨別指令意義，學習及熟悉寫程式的基本概念外，重要的是，本發明還能夠配合該等地圖卡31的情境規劃，使該積木58配合產生動作(如夾持物件、撥動球件等)，而與周遭環境的物件或球件等進行互動，有別於習知學習程式的玩具，只能在輸入指令後，獨自進行反應的遊戲方式，本發明不但遊戲方法更多變、互動效果更多元，且遊戲時的難易程度，可根據兒童的學習能力及創意，自行設計或調整，而大幅增添學習樂趣。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此 限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

Claims (8)

1. 一種編程玩具組，包含：一地圖卡單元，包括排列成一地圖的數地圖卡，每一地圖卡具有一標示圖，及與該標示圖併存且用於連結至少一座標資訊的辨識碼；一程式卡單元，包括數程式卡，每一程式卡具有一指令圖，及與該指令圖併存且用於連結一程式指令的辨識碼；一行動玩具，可被控制地在該等程式卡上，及該等地圖卡上移動，該行動玩具包括一本體、樞設在該本體的二行動輪、設置在該本體且用於產生動力的二行動馬達、傳遞該等行動馬達之動力至該等行動輪的二行動齒輪組、樞設在該本體的至少一互動齒輪、設置在該本體且用於產生驅動該互動齒輪之動力的至少一動作馬達、被該互動齒輪驅動且通過該互動齒輪傳遞該動作馬達之動力的一傳動齒輪組，及可卸離地與該本體組合的數積木，該傳動齒輪組用於驅動至少一積木；及一控制單元，安裝在該行動玩具，並包括一光學傳感器、一存儲器，及電連接於該光學傳感器、該存儲器的一處理器，該光學傳感器用於在該行動玩具移動的過程中，讀取相對位置的辨識碼，並輸出一編碼訊息，該存儲器用於儲存連結該等編碼訊息的程式指令，及座標資訊，該處理器根據該等程式卡的程式指令生成一程式，且根據該程式與該等座標資訊，控制該行動玩具依循該等地圖卡移動，及進行一連續動作。
2. 如請求項1所述的編程玩具組，其中，前述辨識碼分別是以點讀技術(Optical Identification，OID)，在印刷前述標示圖、指令圖時，以可以由光學辨識的網點，隱藏在前述標示圖、指令圖的網點中。
3. 如請求項2所述的編程玩具組，其中，前述座標資訊採用絕對座標，主要是通過每一張地圖卡上陣列分佈且作為辨識碼的網點，獲得每一網點在該地圖卡上的絕對座標。
4. 如請求項1所述的編程玩具組，其中，該等地圖卡至少其中之一的辨識碼還進一步連結一動作指令，且該存儲器還進一步儲存連結由該地圖卡之辨識碼所產生之編碼訊息的動作指令，該處理器進一步控制該行動玩具在對應之地圖卡上進行一階段動作。
5. 如請求項1所述的編程玩具組，其中，該等程式卡沿一直線方向排列，且每一程式卡具有形成在一前端的一凸部，及形成在一末端的一凹部，相鄰二程式卡分別以該凸部與該凹部接合。
6. 如請求項1所述的編程玩具組，其中，該等地圖卡沿前、後、左、右方向任意排列，且每一地圖卡呈矩形，並具有四側邊，及形成在該等側邊的至少四嵌塊，及至少四嵌槽，相鄰二地圖卡分別以該嵌塊與該嵌槽對合。
7. 如請求項1所述的編程玩具組，其中，該控制單元還包括設置在行動玩具且電連接於該處理器的一程式鍵組，該程式鍵組用於輸出一觸發訊號，該處理器根據每一次的觸發訊號，交替執行一第一程序，及一第二程序，該第一程序包括驅動該行動玩具移動、記錄該等程式指令，及生成該程式，該第二程序包括刪除該程式的程序。
8. 如請求項1所述的編程玩具組，其中，該控制單元還包括設置在行動玩具且電連接於該處理器的一行動鍵組，該行動鍵組用於輸出一觸發訊號，該處理器根據該觸發訊號執行該程式，而控制該行動玩具移動。